Ukapljivanje prirodnog plina je proces na niskoj temperaturi. Pročišćeni sirovi prirodni plin ulazi u izmjenjivač topline za niskotemperaturno hlađenje, kondenzaciju i podhlađenje, prigušuje se i smanjuje tlak na temperaturi od –160 ~ 165 ℃, te ulazi u spremnik za LNG.
Odnos između topline i temperature prirodnog plina pri hlađenju, kondenzaciji i pothlađenju je sljedeći:
1) Vrste rashladnih ciklusa
Za ukapljivanje prirodnog plina potrebno je ukloniti toplinu nastalu hlađenjem, kondenzacijom i pothlađenjem prirodnog plina, odnosno potreban je odgovarajući rashladni kapacitet za izmjenu s njim.
Rashladni sustav opremljen u procesu ukapljivanja ima za cilj postići da izmjenjivač topline postigne minimalnu temperaturnu razliku između hladnog i toplinskog protoka, kako bi se postigla visoka učinkovitost hlađenja.
Rashladni sustav za ukapljivanje prirodnog plina je vrlo zreo, a uobičajeno korišteni procesi uključuju:
Korak ciklusa hlađenja
Ciklus mješovitog rashladnog sredstva
Ciklus mješovitog rashladnog sredstva s predhlađenjem
Mehanizam ekspanzije u hladnom ciklusu
2) Korakni ciklus hlađenja
Korakni rashladni ciklus prvi je put primijenjen na ukapljene prirodne plinove 1939. godine. Instaliran je u Clevelandu u Sjedinjenim Državama, koristeći NH3 i C2H4 kao rashladna sredstva prvog i drugog stupnja.
U prvoj fazi se kao rashladno sredstvo koristi propan ili freon. Pročišćeni prirodni plin hladi se na –35 ~ –40 ℃ u propanskom ili freonskom hladnjaku. Nakon odvajanja teških ugljikovodika iznad pentana, ulazi u drugu fazu hlađenja. Propan koji je ispario iz propanskog hladnjaka komprimira se, ponovno ukapljuje nakon hlađenja vodenim hladnjakom i reciklira u propanski hladnjak.
U drugoj fazi, etan ili etilen se koriste kao rashladno sredstvo, a prirodni plin se u drugoj fazi hladi na –90 ~ –100 ℃ i ukapljuje u trećoj fazi radi hlađenja. Nakon tlačenja i hlađenja vodom, plin isparen iz hladnjaka etana ili etilena hladi se i ukapljuje u hladnjaku propana te se reciklira u hladnjak etana ili etilena.
U trećoj fazi, metan se koristi kao rashladno sredstvo. Ukapljeni prirodni plin se pothlađuje na –150 ~ –160 ℃ u hladnjaku metana, a zatim se dekompresira kroz prigušnicu. Nakon što temperatura padne na –162 ℃, pumpa se u spremnik za LNG. Plin koji je ispario iz hladnjaka metana se komprimira i hladi vodom, hladi se u hladnjaku propana, ukapljuje se u hladnjaku etana ili etilena i reciklira u hladnjak metana.
Klasični postupni ciklus hlađenja uključuje nekoliko relativno neovisnih i povezanih faza hlađenja. Budući da se rashladno sredstvo općenito komprimira višestupanjskim kompresorom, u svakoj fazi hlađenja rashladno sredstvo može isparavati pod nekoliko tlakova i biti podijeljeno na nekoliko temperaturnih razina kako bi se ohladio prirodni plin, a rashladno sredstvo ispareno pod svakim tlakom ulazi u odgovarajuću fazu kompresora radi kompresije. U svakoj fazi hlađenja razlikuje se samo rashladno sredstvo, a proces rada je u osnovi sličan.
Prednosti postupnog rashladnog ciklusa su:
① Niska potrošnja energije;
② Rashladno sredstvo je čisto i nema problema s proporcionalnim omjerom;
③ Zrela tehnologija i stabilan rad
Nedostaci stepenastog ciklusa hlađenja su:
① Postoji mnogo jedinica i proces je složen;
② Postoji mnogo pomoćne opreme, a trebala bi postojati i oprema specijalizirana za proizvodnju i skladištenje raznih rashladnih sredstava;
③ Cjevovod i upravljački sustav su složeni i nepraktični za održavanje
Vrijeme objave: 26. rujna 2021.